CN104195391A - 一种高强铝合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金，提供一种抗拉伸强度达700MPa以上的高强铝合金，同时提供一种所述高强铝合金的制备方法，由以下重量百分比的各原料组成：Fe：0.10～0.14%，Mn：0.03～0.04%，Si：0.02～0.04%，Ti：0.01～0.06%，B：0.03～0.09%，Zn：2.2～2.9%，Mg：0.9～1.0%，Cu：1.1～1.3%，Ce：0.5～1.0%，Sc：0.1～0.4%，余量为Al。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金，尤其涉及一种高强铝合金及其制备方法。
背景技术
高强铝合金由于其低密度、高强度和其它方面的优异性能，已经作为飞机的主要结构材料。从上世纪40年代开发的7075到现在的7055，硬化合金的元素含量越来越高。可是随着合金元素含量的增加，由于合金元素和杂质(如Fe、si)的相互相作用，非平衡相的转变，粗大的粒子形成及时效相的析出，使铝合金的性能发生较大的改变，杂质元素的添加对铝合金性能影响很大，因此，杂质元素的含量选择非常重要。高强铝合金中所添加的各种杂质元素与铝反应，由于杂质加入量的设计不够合理，往往会生成各种中间化合物，如Al20Cu2Mn3，使得合金中强化元素的有效含量相应的减少，又如，Zn与Mg的含量比，合金中其含量比过高则容易使不能溶解的结晶相数量急剧增加，导致与断裂韧性相关的性能急剧降低，焊接性能、耐腐蚀性能显著恶化。
中国专利号200510122907.6公开了一种高强度铝合金，除铝元素之外，合金中各种元素的质量百分含量为Mg 2.5～2.8%，Mn 0.05～0.1%，Cr 0.2～0.3%，Cu 0.05～0.1%，Zn≤0.05%，Fe≤0.25%，Si≤0.20%，稀土金属 0.05～0.3%，其他元素：单个≤0.05%，总和≤0.15%。该高强度铝合金的抗拉伸强度≥300MPa，屈服强度≥240MPa，抗拉伸强度和屈服强度的下限均较低。
发明内容
因此，针对以上内容，本发明提供一种抗拉伸强度下限达700MPa以上的高强铝合金，同时提供一种所述高强铝合金的制备方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种高强铝合金，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.10～0.14%
Mn：0.03～0.04%
Si：0.02～0.04%
Ti：0.01～0.06%
B：0.03～0.09%
Zn：2.2～2.9%
Mg：0.9～1.0%
Cu：1.1～1.3%
Ce：0.5～1.0%
Sc：0.1～0.4%
余量为Al。
进一步的改进是，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.12～0.14%
Mn：0.03～0.04%
Si：0.03～0.04%
Ti：0.04～0.06%
B：0.06～0.09%
Zn：2.2～2.5%
Mg：1.0%
Cu：1.2～1.3%
Ce：0.5～0.7%
Sc：0.1～0.3%
余量为Al。
进一步的改进是，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.12%
Mn：0.03%
Si：0.03%
Ti：0.02%
B：0.05%
Zn：2.5%
Mg：0.9%
Cu：1.1%
Ce：0.6%
Sc：0.2%
Al：95.55%。
一种高强铝合金的制备方法，包括配料及热处理工艺，所述配料工艺为将上述各组分原料进行混合，所述热处理工艺包括固溶、淬火、冷压缩、时效处理，所述固溶处理温度为450～460℃，所述冷压缩量为3%，时效处理为150℃×5h+185℃×11h。
进一步的改进是：固溶处理温度为455℃。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本发明高强铝合金，由以下重量百分比的各原料组成：Fe：0.10～0.14%，Mn：0.03～0.04%，Si：0.02～0.04%，Ti：0.01～0.06%，B：0.03～0.09%，Zn：2.2～2.9%，Mg：0.9～1.0%，Cu：1.1～1.3%，Ce：0.5～1.0%，Sc：0.1～0.4%，余量为Al；本发明高强铝合金的各组分选择以及各组分含量的搭配均较为合理，通过这样的搭配可以获得抗拉伸强度≥700MPa的铝合金，每一组分含量范围的选择均会对铝合金的强度造成影响。基体收到应力作用发生塑性形变时，在颗粒内部或颗粒与基体的边界产生空洞或空隙，萌生微细裂纹，随着应力的增加，这些微细裂纹不断扩大，裂纹尖端应力不断增加，但裂纹尖端附近局部区域内的应力超过材料的断裂强度后，基体发生局部断裂。异质相起着裂纹源的作用，含量越多，在断裂过程中吸收的能量越少，越容易在较低应力下发生断裂，因而大大降低合金的断裂韧性，从而使抗拉伸强度降低，因此，各杂质元素的含量不能太高，Mn含量过高，合金的淬火敏感性会增加，同时形成Al20Cu2Mn3化合物，使合金中强化元素的有效含量相应减少，而将Mn元素的含量控制在0.03～0.04%，可使合金中强化元素的有效含量得到最大的利用。
本发明高强铝合金的制备方法包括热处理工艺，所述热处理工艺包括固溶、淬火、冷压缩、时效处理，固溶处理能将绝大部分非平衡结晶相固溶，并消除第二相颗粒对锻件韧性和后续加工性能的影响，固溶后的冷压变形能消除淬火导致的残余应力，同时使锻件中存在一定数量的位错滑移和攀移，因此，能够阻碍锻件时效后析出的第二相粒子的运动，提高锻件强度，同时，时效处理能析出大量的弥散粒子，这些细小的粒子能起到钉扎位错的作用，使位错运动受阻，从而大大提高锻件的强度。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例一
一种高强铝合金，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.10%
Mn：0.03%
Si：0.02%
Ti：0.06%
B：0.09%
Zn：2.9%
Mg：0.9%
Cu：1.1%
Ce：0.5%
Sc：0.1%
Al：94.2%。
其制备方法包括配料及热处理工艺，所述配料工艺为将上述各组分原料进行混合，所述热处理工艺包括固溶、淬火、冷压缩、时效处理，所述固溶处理温度为450℃，所述冷压缩量为3%，时效处理为150℃×5h+185℃×11h。
实施例二
一种高强铝合金，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.12%
Mn：0.03%
Si：0.03%
Ti：0.02%
B：0.05%
Zn：2.5%
Mg：0.9%
Cu：1.1%
Ce：0.6%
Sc：0.2%
Al：95.55%。
其制备方法包括配料及热处理工艺，所述配料工艺为将上述各组分原料进行混合，所述热处理工艺包括固溶、淬火、冷压缩、时效处理，所述固溶处理温度为453℃，所述冷压缩量为3%，时效处理为150℃×5h+185℃×11h。
实施例三
一种高强铝合金，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.12%
Mn：0.03%
Si：0.03%
Ti： 0.06%
B：0.06%
Zn： 2.5%
Mg：1.0%
Cu： 1.3%
Ce： 0.7%
Sc：0.1%
Al：94.09%。
其制备方法包括配料及热处理工艺，所述配料工艺为将上述各组分原料进行混合，所述热处理工艺包括固溶、淬火、冷压缩、时效处理，所述固溶处理温度为455℃，所述冷压缩量为3%，时效处理为150℃×5h+185℃×11h。
实施例四
一种高强铝合金，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.14%
Mn：0.04%
Si：0.04%
Ti：0.06%
B：0.03%
Zn：2.2%
Mg：1.0%
Cu：1.1%
Ce：1.0%
Sc：0.4%
Al：93.99%。
其制备方法包括配料及热处理工艺，所述配料工艺为将上述各组分原料进行混合，所述热处理工艺包括固溶、淬火、冷压缩、时效处理，所述固溶处理温度为460℃，所述冷压缩量为3%，时效处理为150℃×5h+185℃×11h。
本发明高强铝合金，由以下重量百分比的各原料组成：Fe：0.10～0.14%，Mn：0.03～0.04%，Si ：0.02～0.04%，Ti：0.01～0.06%，B：0.03～0.09%，Zn：2.2～2.9%，Mg：0.9～1.0%，Cu：1.1～1.3%，Ce：0.5～1.0%，Sc：0.1～0.4%，余量为Al；本发明高强铝合金的各组分选择以及各组分含量的搭配均较为合理，通过这样的搭配可以获得抗拉伸强度≥700MPa的铝合金，每一组分含量范围的选择均会对铝合金的强度造成影响，但集体收到应力作用发生塑性形变时，在颗粒内部或颗粒与基体的边界产生空洞或空隙，萌生微细裂纹，随着应力的增加，这些微细裂纹不断扩大，裂纹尖端应力不断增加，但裂纹尖端附近局部区域内的应力超过材料的断裂强度后，基体发生局部断裂。异质相骑着裂纹源的作用，含量越多，在断裂过程中吸收的能量越少，越容易在较低应力下发生断裂，因而大大降低合金的断裂韧性，从而使抗拉伸强度降低，因此，各杂质元素的含量不能太高，Mn含量过高，合金的淬火敏感性会增加，同时形成Al20Cu2Mn3化合物，使合金中强化元素的有效含量相应减少，而将Mn元素的含量控制在0.03～0.04%，可使合金中强化元素的有效含量得到最大的利用。
本发明高强铝合金的制备方法包括热处理工艺，所述热处理工艺包括固溶、淬火、冷压缩、时效处理，固溶处理能将绝大部分非平衡结晶相固溶，并消除第二相颗粒对锻件韧性和后续加工性能的影响，固溶后的冷压变形能消除淬火导致的残余应力，同时使锻件中存在一定数量的位错滑移和攀移，因此，能够阻碍锻件时效后析出的第二相粒子的运动，提高锻件强度，同时，时效处理能析出大量的弥散粒子，这些细小的粒子能起到钉扎位错的作用，使位错运动受阻，从而大大提高锻件的强度。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
Claims (5)
1.一种高强铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.10～0.14%
Mn：0.03～0.04%
Si：0.02～0.04%
Ti：0.01～0.06%
B：0.03～0.09%
Zn：2.2～2.9%
Mg：0.9～1.0%
Cu：1.1～1.3%
Ce：0.5～1.0%
Sc：0.1～0.4%
余量为Al。
2.根据权利要求1所述的高强铝合金，其特征在于，由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.12～0.14%
Mn：0.03～0.04%
Si：0.03～0.04%
Ti：0.04～0.06%
B：0.06～0.09%
Zn：2.2～2.5%
Mg：1.0%
Cu：1.2～1.3%
Ce：0.5～0.7%
Sc：0.1～0.3%
余量为Al。
3.根据权利要求1所述的高强铝合金，其特征在于：由以下重量百分比的各原料组成：
Fe：0.12%
Mn：0.03%
Si：0.03%
Ti：0.02%
B：0.05%
Zn：2.5%
Mg：0.9%
Cu：1.1%
Ce：0.6%
Sc：0.2%
Al：95.55%。
4.一种高强铝合金的制备方法，包括配料及热处理工艺，其特征在于：所述配料工艺为将上述权利要求1-3任一权利要求的各组分原料进行混合，所述热处理工艺包括固溶、淬火、冷压缩、时效处理，所述固溶处理温度为450～460℃，所述冷压缩量为3%，时效处理为150℃×5h+185℃×11h。
5.根据权利要求4所述的高强铝合金的制备方法，其特征在于：固溶处理温度为455℃。
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